Pendant longtemps, de nombreuses propriétés de la matière sont restées secrètes pour les chercheurs. Pourquoi certaines substances conduisent-elles bien l'électricité et d'autres non ? Pourquoi le fer se décompose-t-il progressivement sous l'influence de l'atmosphère, alors que les métaux nobles se conservent parfaitement pendant des milliers d'années ? Beaucoup de ces questions ont trouvé une réponse après qu'une personne a pris conscience de la structure de l'atome: sa structure, le nombre d'électrons dans chaque couche d'électrons. De plus, la maîtrise même des bases mêmes de la structure des noyaux atomiques a ouvert une nouvelle ère pour le monde.
A partir de quels éléments la brique élémentaire de la matière est-elle construite, comment interagissent-ils entre eux, que pouvons-nous en apprendre ?
La structure de l'atome selon la science moderne
Actuellement, la plupart des scientifiques ont tendance à adhérer au modèle planétaire de la structure de la matière. Selon ce modèle, au centre de chaque atome se trouve un noyau, minuscule même en comparaison avec l'atome (il est des dizaines de milliers de fois plus petit que l'ensembleatome). Mais on ne peut pas en dire autant de la masse du noyau. Presque toute la masse d'un atome est concentrée dans le noyau. Le noyau est chargé positivement.
Les électrons tournent autour du noyau sur différentes orbites, non pas circulaires, comme c'est le cas pour les planètes du système solaire, mais tridimensionnelles (sphères et huit de volume). Le nombre d'électrons dans un atome est numériquement égal à la charge du noyau. Mais il est très difficile de considérer un électron comme une particule se déplaçant le long d'une trajectoire quelconque.
Son orbite est minuscule, et la vitesse est presque comme celle d'un faisceau lumineux, il est donc plus correct de considérer l'électron avec son orbite comme une sorte de sphère chargée négativement.
Membres de la famille nucléaire
Tous les atomes sont constitués de 3 éléments constitutifs: les protons, les électrons et les neutrons.
Le proton est le principal matériau de construction du noyau. Son poids est égal à une unité atomique (la masse d'un atome d'hydrogène) ou 1,67 ∙ 10-27 kg dans le système SI. La particule est chargée positivement et sa charge est considérée comme une unité dans le système des charges électriques élémentaires.
Le neutron est le jumeau de masse du proton, mais il n'est chargé en aucune façon.
Les deux particules ci-dessus sont appelées nucléides.
Un électron est l'opposé d'un proton en charge (la charge élémentaire est −1). Mais en termes de poids, l'électron nous a laissé tomber, sa masse n'est que de 9, 12 ∙ 10-31 kg, soit près de 2 mille fois plus léger qu'un proton ou un neutron.
Comment ça a été "vu"
Comment pourriez-vous voir la structure de l'atome, si même les moyens techniques les plus modernes ne permettent paset à court terme ne permettra pas d'obtenir des images de ses particules constitutives. Comment les scientifiques connaissaient-ils le nombre de protons, de neutrons et d'électrons dans le noyau et leur emplacement ?
L'hypothèse sur la structure planétaire des atomes a été faite sur la base des résultats du bombardement d'une fine feuille de métal avec diverses particules. La figure montre clairement comment diverses particules élémentaires interagissent avec la matière.
Le nombre d'électrons qui ont traversé le métal dans les expériences était égal à zéro. Cela s'explique simplement: les électrons chargés négativement sont repoussés des couches d'électrons du métal, qui ont également une charge négative.
Le faisceau de protons (charge +) a traversé la feuille, mais avec des "pertes". Certains ont été repoussés par les noyaux gênants (la probabilité de tels coups est très faible), certains ont dévié de la trajectoire d'origine, volant trop près de l'un des noyaux.
Les neutrons sont devenus les plus "efficaces" pour vaincre le métal. Une particule de charge neutre n'était perdue qu'en cas de collision directe avec le cœur de la substance, tandis que 99,99% des neutrons traversaient avec succès l'épaisseur du métal. Soit dit en passant, il était possible de calculer la taille des noyaux de certains éléments chimiques en fonction du nombre de neutrons à l'entrée et à la sortie.
Sur la base des données obtenues, la théorie actuellement dominante de la structure de la matière a été construite, ce qui explique avec succès la plupart des problèmes.
Quoi et combien
Le nombre d'électrons dans un atome dépend du numéro atomique. Par exemple, un atome d'hydrogène ordinaire aun seul proton. Un seul électron tourne autour d'une orbite. L'élément suivant du tableau périodique, l'hélium, est un peu plus compliqué. Son noyau est constitué de deux protons et de deux neutrons et a donc une masse atomique de 4.
Avec la croissance du numéro de série, la taille et la masse de l'atome augmentent. Le numéro de série d'un élément chimique dans le tableau périodique correspond à la charge du noyau (le nombre de protons qu'il contient). Le nombre d'électrons dans un atome est égal au nombre de protons. Par exemple, un atome de plomb (numéro atomique 82) a 82 protons dans son noyau. Il y a 82 électrons en orbite autour du noyau. Pour calculer le nombre de neutrons dans un noyau, il suffit de soustraire le nombre de protons de la masse atomique:
207 – 82=125.
Pourquoi y a-t-il toujours des nombres égaux
Chaque système de notre univers aspire à la stabilité. Appliqué à l'atome, cela s'exprime dans sa neutralité. Si pendant une seconde nous imaginons que tous les atomes sans exception dans l'Univers ont une charge ou une autre de différentes magnitudes avec différents signes, on peut imaginer quel genre de chaos viendrait dans le monde.
Mais puisque le nombre de protons et d'électrons dans un atome est égal, la charge totale de chaque "brique" est nulle.
Le nombre de neutrons dans un atome est une valeur indépendante. De plus, les atomes d'un même élément chimique peuvent avoir un nombre différent de ces particules avec une charge nulle. Exemple:
- 1 proton + 1 électron + 0 neutron=hydrogène (masse atomique 1);
- 1 proton + 1 électron + 1 neutron=deutérium (masse atomique 2);
- 1 proton + 1 électron + 2neutron=tritium (masse atomique 3).
Dans ce cas, le nombre d'électrons dans l'atome ne change pas, l'atome reste neutre, sa masse change. Ces variations d'éléments chimiques sont appelées isotopes.
Un atome est-il toujours neutre
Non, le nombre d'électrons dans un atome n'est pas toujours égal au nombre de protons. Si un électron ou deux ne pouvaient pas être "retirés" d'un atome pendant un certain temps, la galvanisation n'existerait pas. Un atome, comme toute matière, peut être influencé.
Sous l'influence d'un champ électrique suffisamment fort provenant de la couche externe de l'atome, un ou plusieurs électrons peuvent "s'envoler". Dans ce cas, la particule de la substance cesse d'être neutre et s'appelle un ion. Il peut se déplacer dans un milieu gazeux ou liquide, transférant une charge électrique d'une électrode à une autre. De cette manière, une charge électrique est stockée dans les batteries et les couches les plus minces de certains métaux sont appliquées sur la surface des autres (dorure, argenture, chrome, nickelage, etc.).
Le nombre d'électrons est également instable dans les métaux - conducteurs de courant électrique. Les électrons des couches externes, pour ainsi dire, marchent d'atome en atome, transférant de l'énergie électrique à travers le conducteur.
